FOSFATIDINEZUUR: CHEMISCHE STRUCTUUR, BIOSYNTHESE, FUNCTIES - BIOLOGIE - 2024

De fosfatidezuur of fosfatidaat , een fosfolipide behoort tot de familie van glycerofosfolipiden of fosfoglyceriden, die in alle biologische membranen. Het is het eenvoudigste fosfolipide en functioneert als een voorloper van andere, meer complexe glycerofosfolipiden, hoewel het niet in grote hoeveelheden wordt aangetroffen.

In E. coli vertegenwoordigt het bijvoorbeeld minder dan 0,5% van de totale fosfolipiden in het plasmamembraan en verandert het snel vanwege zijn rol als biosynthetisch tussenproduct.

Fisher's vertegenwoordiging voor fosfatidinezuur (bron: Mzaki via Wikimedia Commons)

Dit precursorfosfolipide wordt gevormd door acylering van de hydroxylgroepen van glycerol-3-fosfaat met twee geactiveerde vetzuurmoleculen en wordt verondersteld aanwezig te zijn in vrijwel alle biologische membranen.

Cardiolipine, een belangrijk fosfolipide dat aanwezig is in het mitochondriale membraan en het plasmamembraan van bacteriën en archaea, bestaat uit twee fosfatidinezuurmoleculen die aan een glycerolmolecuul zijn gehecht.

Lysofosfatidinezuur, dat wil zeggen een fosfatidinezuurmolecuul zonder acylgroep, neemt als tussenmolecuul deel aan veel extracellulaire signaalprocessen.

Chemische structuur

Zoals de meeste fosfolipiden, is fosfatidinezuur een amfipatisch molecuul met twee uiteinden van tegengestelde hydrofiliciteit: een hydrofiel polair uiteinde en hydrofobe apolaire staarten.

Zoals eerder vermeld, is dit het eenvoudigste fosfolipide, aangezien zijn "kop" of polaire groep uitsluitend bestaat uit de fosfaatgroep die aan de koolstof is gehecht op positie 3 van een glycerolmolecuul.

Hun apolaire staarten worden gevormd door twee vetzuurketens die zijn veresterd tot de koolstofatomen op posities 1 en 2 van glycerol-3-fosfaat. Deze vetzuren hebben verschillende lengtes en verzadigingsgraden.

Gewoonlijk varieert de lengte van de aangehechte vetzuren van 16 tot 24 koolstofatomen; en er is vastgesteld dat het vetzuur dat aan koolstof 2 is gehecht, gewoonlijk onverzadigd is (aanwezigheid van dubbele koolstof-koolstofbindingen), hoewel dit afhangt van het beschouwde organisme, aangezien het in plantaardige plastiden een verzadigd vetzuur is.

Biosynthese

De biosynthese van fosfatidinezuur is het vertakkingspunt van de synthese van de andere glycerofosfolipiden. Het begint met de activering van vetzuren door de toevoeging van een CoA-gedeelte, een reactie die wordt gekatalyseerd door acyl-CoA-synthetase, dat acyl-CoA produceert.

Er zijn verschillende isovormen van dit enzym gevonden in het endoplasmatisch reticulum en in de mitochondriën, maar reacties vinden op vrijwel dezelfde manier plaats als bij prokaryoten.

De eerste "toegewijde" stap van de biosynthetische route is de overdracht van het acyl-CoA-molecuul naar glycerol-3-fosfaat, een reactie die wordt gekatalyseerd door een glycerol-3-fosfaatacyltransferase geassocieerd met het buitenmembraan van de mitochondriën en met het reticulum. endoplasmatisch.

Het product van deze reactie, een lysofosfatidinezuur (aangezien het slechts één koolwaterstofketen heeft), wordt verondersteld te worden overgebracht van de mitochondriën naar het endoplasmatisch reticulum om de tweede acyleringsreactie uit te voeren.

Grafische samenvatting van de synthese van fosfatidinezuur (bron: Krishnavedala via Wikimedia Commons)

Het enzym dat deze stap katalyseert, staat bekend als 1-acylglycerol 3-fosfaatacyltransferase, overvloedig aanwezig in het membraan van het endoplasmatisch reticulum en specifiek onverzadigde vetzuren overdragen naar de koolstof op positie 2 van het 1-acylglycerol 3-fosfaatmolecuul.

Het aldus gevormde fosfatidinezuur kan door fosfatidezuurfosfatase worden gehydrolyseerd tot 1,2-diacylglycerol, dat vervolgens kan worden gebruikt voor de synthese van fosfatidylcholine en fosfatidylethanolamine.

Andere manieren van produceren

Een alternatieve route voor de productie van fosfatidinezuur waarbij 1,2-diacylglycerolmoleculen worden "gerecycled", heeft te maken met de deelname van specifieke kinase-enzymen die fosfaatgroepen overbrengen naar de koolstof op positie 3 van diacylglycerol.

Een andere is van de hydrolyse van andere fosfolipiden, gekatalyseerd door enzymen die bekend staan ​​als fosfolipasen. Een voorbeeld van dit proces is de productie van fosfatidinezuur uit fosfatidylcholine dankzij de werking van fosfolipase D, dat de binding tussen de choline en de fosfaatgroep van 1,2-diacylglycerol-3-fosfaat hydrolyseert.

Biosynthese in planten

De productie van fosfatidinezuur in planten wordt geassocieerd met vier verschillende compartimenten van plantencellen: de plastiden, het endoplasmatisch reticulum, de mitochondriën en het Golgi-complex.

De eerste stap in de route is dezelfde als eerder beschreven, en een glycerol-3-fosfaatacyltransferase neemt deel in elk compartiment om de geactiveerde acyl-CoA-groep over te brengen naar koolstof 1 van een glycerol-3-fosfaatmolecuul.

De synthese wordt voltooid door een enzym genaamd lysofosfatidinezuuracyltransferase na de overdracht van een andere acylgroep naar de C3-positie van lysofosfatidinezuur.

In plastiden van planten draagt ​​dit enzym selectief verzadigde vetzuren over met een overeenkomstige lengte met 16 koolstofatomen. Dit is een bijzonder kenmerk van de lipiden die in deze organellen worden gesynthetiseerd.

Kenmerken

Fosfatidinezuur is de voorloper van fosfolipide voor veel fosfolipiden, galactolipiden en triglyceriden in veel organismen. Daarom is het een essentieel molecuul voor cellen, hoewel het geen directe structurele functies vervult.

Bij dieren wordt een van de producten van zijn enzymatische hydrolyse, 1,2-diacylglycerol, gebruikt voor de vorming van triacylglyceriden of triglyceriden door omestering met een derde geactiveerd vetzuurmolecuul (geassocieerd met een CoA-portie).

Triglyceriden zijn belangrijke energiereservemoleculen voor dieren, aangezien de oxidatie van de daarin aanwezige vetzuren leidt tot het vrijkomen van grote hoeveelheden energie en van voorlopers en tussenproducten in andere metabole routes.

Een ander product van zijn hydrolyse, lysofosfatidinezuur, is een belangrijke tweede boodschapper in sommige extracellulaire signaalroutes waarbij het zich bindt aan receptoren op het oppervlak van andere cellen die betrokken zijn bij onder meer tumorigenese, angiogenese en immuunresponsen.

Zijn functies als een signaalmolecuul omvatten zijn deelname aan de inductie van celproliferatie, verminderde apoptose, bloedplaatjesaggregatie, samentrekking van gladde spieren, chemotaxis, invasie van tumorcellen en andere.

In bacteriën is fosfatidinezuur nodig tijdens een membraanfosfolipidenuitwisselingsproces dat de cel voorziet van "osmoprotectieve" moleculen die bekend staan ​​als "van membraan afgeleide oligosacchariden".

Referenties

1. Koolman, J., en Roehm, K. (2005). Color Atlas of Biochemistry (2e ed.). New York, VS: Thieme.
2. Luckey, M. (2008). Membraan structurele biologie: met biochemische en biofysische grondslagen. Cambridge University Press
3. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemie (3e ed.). San Francisco, Californië: Pearson.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28e ed.). McGraw-Hill Medical.
5. Nelson, DL en Cox, MM (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega Editions (5e ed.). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
6. Rawn, JD (1998). Biochemie. Burlington, Massachusetts: uitgevers Neil Patterson.
7. Vance, JE en Vance, DE (2008). Biochemie van lipiden, lipoproteïnen en membranen. In New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4e ed.). Elsevier.